比色计的概念与原理

1.比色计的概念
比色计与光度计的概念不同,比色计是一种化学分析仪器。利用光线分别透过标准溶液(或玻片)和试样溶液而进行比较颜色强度的仪器。用于比色分析。一般分为目视比色计和光电比色计,而光度计是属于后者。
2.比色计和光度计的比较
比色计是光度计中的一种,专门比色用. 光度计除比色外还可作其他应用.
比色计特指可见光比色分析的检测仪器;光度计可涵盖紫外;可见;红外多个谱区。
区别主要有两点:1.单色器:比色计采用滤光片滤除其他的杂光,光线的纯度低,精度差;分光光度计采用分光系统(光栅或菱镜)获取单色光,光线的纯度高,精度好。2.比色计一般用于可见光,只有几块滤光片,使用范围狭窄;分光光度计可在仪器工作波长范围之内任意选取所需波长
比色计简单,便宜,测定方便,就是结果精度不高,主要用于界限测定等方面;光度计精密,贵重,测定结果精确。两种设备适用范围不一样,当然比色计能做的光度计都能做,只是要看用在什么方面,有没有这个必要。
3.比色计原理比色计原理当单色光通过厚度相同,而浓度很小的溶液时,根据朗伯—比尔定律,光被溶液吸收的程度,称为吸收度,与溶液的浓度成正比,与溶液的厚度成正比,即a=εcl,式中:a为吸收度,c为溶液的浓度,l为溶液的厚度,ε为消光系数。由朗伯—比尔定律得,当一束单色光通过一溶液时,由于溶液吸收一部分光能,使光的强度减弱。若溶液的浓度(或厚度)不变,则溶液的厚度(浓度)愈大,光线强度的减弱也愈明显。用同样的方法配制的标准溶液和待测溶液,其浓度分别为c1和c2,对同类溶液ε相同,当厚度也相同时则:a1=εc1la2=εc2lc2=(a2/a1)*c1
式中a1,a2可由罗维朋比色计直接读出,c1为标准溶液的已知浓度,据此可算出待测溶液的浓度。朗伯—比尔定律许多化学物质的溶液具有颜色(无色的化合物也可以加显色剂经反应生成有色物质),当有色溶液的溶度改变时,颜色的深浅也随之改变,浓度愈大,颜色愈深。因此,可以用比较溶液颜色深浅的方法来测定有色溶液的浓度。这种方法叫做比色分析法。一、 朗伯—比尔定律当一束单色光通过有色溶液时,入射光线的一部分被器皿反射回来,一部分被溶液吸收,另一部分则透过溶液,如图所示。它们之间有以下关系:io=ia+ir+it 1-1式中:io—入射光强度,ia—吸收光强度,ir—反射光强度,it—透过光强度由于在实际测定时,所用的比色皿都是同质料用规格的。反射光的强度为一定值,不会引起测量误差,所以反射光的影响可以不加考虑。则上式可简化为:io=ia+it 1-2从式1-2可知:当入射光强度io为一定时,被吸收光强度ia愈大,则透过光强度it愈小。也就是说:光强度的减弱仅与有色溶液对光线的吸收有关。那么,溶液对光线的吸收与哪些因素有关呢?实验证明:溶液的浓度c愈大,液层厚度l愈厚(即光线在溶液中所经过的路程愈长),则溶液对光线吸收的愈多。它们之间的关系有下式决定:lg = kcl 1-3这个公式就是朗伯—比尔(lambert---beer)定律。公式中的k称为吸光系数,它表示有色溶液在单位浓度和单位厚度时的吸光度。在入射光的波长、溶液种类和温度一定的条件下,k为定值。吸光系数是有色化合物的重要特性之一,在比色分析中有着重要的意义。k值愈大,表示该物质对光的吸收能力愈强,浓度改变时引起吸光度的改变愈显著,因此比色测定时灵敏度愈高。朗伯-比尔定律即有色溶液对一定强度光的吸收程度,与液层厚度和溶液中有色物质浓度的乘积成正比。其中朗伯定律说明吸收光与厚度间的关系;比尔定律说明吸收光与浓度间的关系。朗伯—比尔定律在光电比色计中的应用假定有两种有色溶液,其中一种是已知浓度的标准溶液,另一种是待测溶液。根据公式:在标准溶液中:as=kscsls 1-4在待测溶液中:ax=kxcxlx 1-5将式1-4除以式1-5可得:= 1-6如果上述两种溶液的液层厚度相等、温度相同而且是同一种物质的两种不同浓度的溶液,测定时所选用的单色光的波长亦相同,则有:ls=lx、ks=kx ,代入式1-6可得:= 1-7由此可见,在上述条件下,吸光度与浓度成正比。这一关系式就是光电比色计的设计依据,也是比色分析的基本计算公式之一。式中标准溶液的浓度cs为已知,as和ax可用光电比色计测量出来,则待测溶液的浓度cx即可求出:cx = × cs 1-8由于在实际测定时,标准溶液和待测溶液都要加以稀释,而且在报告结果时,多以100毫升(或1000毫升)中的含量来表示。因此,在实际计算时,就需要在上式中乘上稀释因数。求待测溶液浓度的方法有:直接比较法(计算法)、因数法和标准曲线法三种。这些方法在“生物化学及生物化学检验技术”课程中有介绍。波长的选择:由于有色溶液对光的吸收具有选择性,因此进行比色测定时,滤光片必须加以选择,否则灵敏度很低,导致测量结果不准确。选择滤光的一般原则是:滤光片最大透过的光线应该是溶液最大吸收的光线。从颜色上看,滤光片的颜色与待测溶液的颜色应为“互补色”。什么叫做互补色呢?凡是两种颜色相加后能得到白色,则此两种颜色就称为“互补色”,图中直接相对的两种颜色,均为互补色。为什么选择滤光片时,要使滤光片的颜色与待测溶液的颜色为互补色呢?这是因为滤光片和有色溶液具有相似的透光特性,与它们本身颜色相同的色光,能够最大限度地透过。而与它们本身颜色成互补的色光都能被最大地吸收。

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